Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Бронский, А. И. Основы выбора конструкций корпуса судна

.pdf
Скачиваний:
27
Добавлен:
20.10.2023
Размер:
8.42 Mб
Скачать

§ 5. Экономические аспекты

выбора

 

размеров связей

корпуса

Под достаточной прочностью корпуса

судна и его

конструкций

д о недавнего времени понималась их

способность

воспринимать

действующие на них во время эксплуатации нагрузки без повреж­ дений и значительных изменений формы. Такое понятие принци­

пиально справедливо, но им не учитывается

р я д факторов, глав­

ными из

которых являются сроки и

условия

эксплуатации

судна,

.а т а к ж е

количественная

характеристика показателей

безотказной

эксплуатации. Поэтому

традиционно

сложившиеся

методы

рас­

чета прочности судовых конструкций, базирующиеся на опреде­

ленных условиях назначения

величин действующих внешних

сил

и допускаемых напряжений

и не учитывающие отмеченных

выше

факторов, относятся к категории условных. Они могут быть ис­ пользованы только при проектировании однотипных конструкций, •работающих в близких условиях, применительно к которым раз ­

работаны и

проверены

в эксплуатации

действующие нормативы

[36], [99]. Эти

нормативы

относятся т а к ж е

к определенному уровню

организации производства, технологии изготовления и контроля качества конструкций.

Е щ е в 1908 г. И. Г. Бубнов [22], отмечая простоту и наглядность условных расчетов, о б р а щ а л внимание на их принципиальную ог­ раниченность и существенные недостатки. В его предложениях по классификации нагрузок и установлению норм допускаемых на­ пряжений содержался дифференцированный учет степени повто­ ряемости и переменности нагрузок, действующих на различные конструкции корпуса. И. Г. Бубнов указывал на необходимость учета случайных отклонений в номинальных (т. е. принимаемых

врасчете) механических характеристик материала, в размерах

элементов конструкции (в том числе и изменения их во

времени

в связи с коррозионным износом, истиранием и др . ), а

т а к ж е на

необходимость анализа степени истинности расчетных

формул.

Естественно, что в работах того времени перечисленные

вопросы

могли рассматриваться лишь качественно без сколько-нибудь точ­ ных количественных оценок и тем более обоснований.

В настоящее время при оценке прочности корпуса

необходимо

стремиться не

только к рациональному использованию

материала

:в конструкции,

но и к подбору его свойств, а т а к ж е учитывать осо­

бенности- и значения внешних нагрузок, четко установленные ус­

ловия

и сроки

эксплуатации

и

экономичность конструкций с

уче­

том ремонта. Использование только традиционных методов

рас­

чета

прочности

конструкций

во

многих случаях оказывается

у ж е

недостаточным. Поэтому возникла необходимость введения нового понятия, не только более широкого, но и более конкретного, а

70

именно достаточной надежности, под которой следует понимать степень гарантии безотказной работы конструкции (т. е. вероят­ ность безотказной работы) в заданных условиях эксплуатации в течение установленного срока службы [15], [36], [96]. Определен­

ные

расчетом н а п р я ж е н и я

или деформации в этом случае не дол­

ж н ы

превышать с заданной

вероятностью некоторых заранее уста ­

новленных допустимых значений. Внешне такой подход ничем не отличается от традиционного. Однако в действительности это не совсем так.

При оценке надежности конструкций расширяется круг вопро ­ сов, охватывающих понятие их безотказной работы. П о д отказом в этом случае понимается любое изменение состояния или пове­ дения конструкции (в чем бы оно ни в ы р а ж а л о с ь ) , которое на­ рушает нормальную эксплуатацию судна и не отвечает соответ­

ствующим требованиям

задания .

 

 

 

 

Введение

в

расчет

степени гарантий

безотказности

требует

учета

изменчивости

любых

процессов

во

времени

и их зависи ­

мости

от

большого

числа

определенных

или случайных

факторов .

В частности,

в

расчетах

приходится

учитывать

не

некоторые

условные

значения

волновых

нагрузок,

а все особенности волно­

вого процесса в данном районе плавания и его

воздействие на

конкретное судно при заданном р е ж и м е эксплуатации.

 

Н е с у щ а я способность

конструкции,

с

которой

сравнивается:

внешнее

воздействие,

т а к ж е

носит случайный характер

и опре­

деляется разбросом механических характеристик материала, из­ менчивостью геометрических размеров и формы элементов кон­ струкций (в связи с неточностями технологических процессов),, накоплением повреждений в конструкции и т. д., т. е. в большой мере зависит от организации и технологии производства и от сте­ пени технологичности принимаемых конструкций.

Сохраняя основные элементы установившихся методов расчета действующих внешних нагрузок (или, точнее, воздействий, по ­ скольку могут учитываться и другие факторы, например воздей­ ствие коррозионно-активных сред) и соответствующих реакций конструкции и сопоставляя значения этих реакций с допустимыми значениями, при вероятностном подходе можно количественно свя­

зать

к а ж д ы й

вид

отказа в

работе конструкции с

определенными

техническими

и экономическими его последствиями

д л я

эксплуа­

тации

судна.

Это

и создает

предпосылки обоснованного

подхода

к выбору необходимых размеров связей корпуса. Однако исполь­ зование вероятностных расчетных схем требует накопления опре­ деленных сведений и решения ряда новых задач . Несмотря на имеющиеся теоретические, экспериментальные и статистические данные и достигнутый уровень достоверности современных вероят­ ностных расчетных схем, пока еще нельзя отказаться от тради-

71

•ционных методов расчета. Следует ожидать, что переход на новые методы будет продолжительным и постепенным.

Рассмотрим

основное содержание

новых методов. Н а

любую

конструкцию и

корпус судна в целом

действует совокупность

нагру­

зок, отличающихся разными признаками: причиной и вероятностью возникновения, изменчивостью по величине и во времени, направ ­ лением действия. В принципе суммарную нагрузку на конструкцию можно представить в виде случайной функции с определенным

спектром

распределения

энергий

по частотам. В общем случае

спектр состоит из суммы

спектров

волновых нагрузок

(вызванных

волновым

изгибающим

моментом,

динамическими

усилиями от

качки, ударными нагрузками и т. д . ), нагрузок на тихой воде, ви­ брационных усилий (вызванных ходовой вибрацией, работой раз­ личных судовых механизмов), температурных нагрузок. При таком

подходе к действующим нагрузкам в принципе

можно

определить

их расчетную суммарную величину QP^'

заранее

заданной

обес­

печенности (вероятности превышения) . В

разных

странах

интен­

сивно ведутся исследования внешних нагрузок в указанных

выше

направлениях [13], [36],

[53], [54], [65], [101],

[121]

и у ж е

установлены

параметры некоторых основных видов нагружения .

 

 

Полученные характеристики

внешних

воздействий

позволяют

с помощью

различных

расчетных

теоретических

схем

определить

параметры

поведения

конструкции. Д а ж е

при

детерминированном

подходе к внешним воздействиям параметры, характеризующие по­ ведение конструкции, могут оказаться случайными вследствие того, что геометрические размеры конструкций отличаются от номиналь­ ных (теоретически принятых в расчетах и указанных на чертежах) и известны с определенной степенью точности. Достоверность их за­

висит от

технологических

процессов

изготовления

конструкции,

принятой

системы

допусков, объема и

качества контроля,

начиная

с

проката

стали и кончая

з а в е р ш а ю щ и м и

технологическими

опера­

ц и я м и — испытаниями. Н е и з б е ж н ы

т а к ж е

разного

рода

Дефекты

в

конструкциях,

геометрические

и

технологические

неоднород­

ности, оказывающие определенное влияние (далеко не полностью

изученное)

на параметры поведения конструкции и на

их случай­

ный разброс.

 

Строго

говоря, необходимо учитывать изменения

геометриче­

ских и физико-механических характеристик материала корпуса во

времени (коррозионный

износ,

старение, эрозионные

поврежде­

ния и др-), которые могут определяться статистически

на основа­

нии данных, полученных

при

эксплуатации и при

эксперимен­

тальных исследованиях. Однако имеющиеся сведения недостаточны д л я обоснованных количественных выводов, и можно лишь с из­ вестной вероятностью предполагать, что действительное поведение конструкции будет соответствовать расчетному в к а ж д ы й раесмат -

72

риваемый момент

времени и что корпус

будет эксплуатироваться

без отказов.

 

 

 

Необходимо выяснить, что именно подразумевается

в к а ж д о м

конкретном случае

под отказом как для

конструкции в

целом, т а к

идля отдельных конструктивных узлов [96].

Вбольшинстве случаев под отказом корпусной конструкции по­ нимается ее разрушение — разрывы отдельных деталей или соеди­ нений между ними, вызванные значительными пластическими де­ формациями, потерей устойчивости связей, развитием усталостных;

или хрупких трещин и т. п. Под отказом понимается

т а к ж е

опре­

деленная величина деформации, при которой нарушается,

напри­

мер, нормальная работа оборудования, установленного на

д е ф о р ­

мируемом перекрытии, хотя в других условиях та ж е

деформация

конструкции не влечет за собой каких-либо нарушений в эксплуа­ тации судна. Существенным отказом следует считать т а к ж е сквоз ­ ное коррозионное разъедание наружной обшивки, особенно опасное

для

танкеров. Такое

ж е

разъедание

стенок

балок

набора

часто

практически

не влияет

на прочность

не только судна в целом, но

д а ж е

самих

балок.

 

 

 

 

 

 

Отсюда

ясно,

что

в

зависимости

от технических и экономиче­

ских

последствий

в

разных условиях

один

и тот ж е

отказ

может

быть отнесен к разным классификационным группам. Более того,,

именно эти последствия являются одним

из

важнейших

призна­

ков, по которым следует классифицировать отказы.

 

 

По

скорости

отклонения

параметров

поведения

конструкции,

от нормальных

различают

внезапные

и

постепенные

отказы.

К первым, в частности, относятся катастрофические

отказы — бы­

строе

разрушение конструкции;

ко вторым — отказы,

вызывающие

развитие усталостных трещин,

коррозионные и эрозионные пов­

реждения . По степени участия конструкции в дальнейшей эксплу­ атации выделяют полные и неполные отказы: при неполном от­ казе конструкция лишь частично выполняет свои функции, напри ­ мер несет редуцированную нагрузку, либо воспринимает полностью

нагрузку,

но

не

обеспечивает герметичности отсеков. Существуют

и другие

классификационные

признаки

отказов,

характеризую ­

щие надежность

конструкции

в

техническом

и временном

отно­

шении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пределы изменения параметров поведения конструкции в эксплу­

атации

при заданных

внешних

 

воздействиях,

принятой конструк­

тивной

схеме

и

р а з м е р а х

связей

ч а щ е зависят

от физико-механи­

ческих

характеристик

м а т е р и а л а

(предела текучести, предела проч­

ности,

модуля

нормальной

упругости, критической

температуры

хрупкого

разрушения, скорости

коррозии

и др . ), изменяющихся

при

изготовлении конструкции. Существенное влияние на эти пределы оказывают конструктивные и технологические дефекты.

73;

 

Используя указанные данные, в принципе можно

определить

вероятность

выхода

реальных параметров поведения

конструкции

з а

расчетные

пределы, найденные

по номинальным (или минималь­

но

гарантируемым)

показателям

материала с учетом

рассматри­

ваемых дефектов конструкции. При последовательном

применении

вероятностных методов на всех этапах расчета определяют гаран­ тию безотказности конструкции Г при заданных условиях эксплуа­ тации. В общем случае гарантия безотказности не остается посто­

янной в течение всего срока эксплуатации

конструкции.

Необ­

ходимо

подчеркнуть,

что

определение гарантии

безотказности —

с л о ж н а я задача,

решение

которой

пока

доведено

до практически

применимых

результатов

только

д л я ограниченного числа

конст­

рукций корпуса и условий их эксплуатации .

 

 

 

 

 

Следует

отметить

аналогию

между

изложенным

 

подходом

к расчету конструкций и методом

предельных состояний,

описанным

в известной работе В. В. Болотина [15]. В этой работе

рассмотрен

наиболее распространенный частный

случай

определения

гарантии

безотказности конструкции — гарантии

ее

неразрушимости. По­

этому

описанный

выше

подход

к

расчету

конструкций

 

можно

в известной мере считать развитием и обобщением метода пре­ дельных состояний.

Однако

само по

себе такое

решение является проверочным

и требует

введения

допустимых

величин гарантии безотказ­

ности, с которыми сравниваются величины, полученные в резуль­

тате расчета. Этот вопрос

представляет собой технико-экономи­

ческую проблему. Чтобы найти оптимальное

проектное решение

и выбрать размеры связей

корпуса,

необходимо

дополнительно

использовать экономические

оценки

[15], [49],

[50],

[84].

Особое значение экономические оценки приобретают при про­ ектировании и постройке новых типов судов, для которых* обыч­ ные расчеты прочности, выполняемые для условий плавания в от­ крытом море, не являются исчерпывающими. Возрастает вероят­ ность повреждений при швартовках в море, плавании в т я ж е л ы х ледовых условиях; становятся более серьезными последствия по­

садок на мель

и

столкновений

(для крупнотоннажных

танкеров,

газовозов,

судов

с ядерными

силовыми

установками) .

Требова­

ния сведения

к

минимуму загрязнения

моря при

повреждении

и авариях,

сокращение экипажей судов

вследствие

применения

автоматики на судах неизбежно приводят к постепенному пере­ смотру нормативов конструктивной безопасности [96], [101], [109], причем в первую очередь на основе экономического критерия.

Экономический ущерб, вызываемый отказом конструкции, скла­ дывается из дополнительных расходов на ремонт (включая со­ путствующие работы), убытков от простоя судна в ремонте, дли­ тельность которого зависит от характера отказа, из убытков от

74

порчи

груза

и т. д. Вероятность такого ущерба равна вероятности

отказа

Р= 1

— Г .

При изменении размеров или оформления конструкции изме ­

няется и степень гарантии ее безотказной

работы, а

следовательно,

и возможные экономические последствия

отказа.

При отнесении

ущерба U к длительности безотказной работы конструкции t можно записать

б С р е м - б Э = ^ б Р = — ^ - б Г .

 

 

( И Л )

Здесь приняты те ж е обозначения,

что и в выражении (1.8)

д л я

комплексного экономического критерия оценки конструкции.

 

Повышение степени гарантии безотказности

конструкции,

к а к

правило, связано с дополнительными

капитальными

затратам и на

изготовление, а в некоторых случаях

и

расходами на

ее с о д е р ж а ­

ние. Тогда в ы р а ж е н и е (1.8) принимает

вид

 

 

 

5 С Э К С П Л (Г) = а б С к а п (Г) +

6 С С 0 Д ( Г ) - - U T

6Г.

'

( I I . 2 )

Эта зависимость характеризует изменение экономических по ­ следствий отказа конструкции. Поэтому изменение размеров кон­

струкции по сравнению с некоторым эталонным вариантом

целе­

сообразно производить только при уменьшении

эксплуатационных

расходов, т. е. при соблюдении неравенства

Э КСПЛ(Г) < 0 .

В

тех

случаях,

когда

зависимость

составляющих

С К а п,

С 0 0 д

и

V

от

уровня безотказности непрерывна

(что в

основном

характерно

д л я

выбора

размеров

связей

корпуса),

оптимальное

изменение

кон­

струкции находят из условия минимума

функционала

С Э К с п л,

 

т. е-,

при

 

 

 

 

 

^Сэкспл

л

 

 

 

 

 

 

( П . З )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dY

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Y — количественная

характеристика

изменяемого

п а р а м е т р а

конструкции.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Применительно

к

корпусным

конструкциям

нормы

отчислений

устанавливают,

как

принято

в практике

планово-предупредитель­

ных

ремонтов,

исходя из

предположения, что

трудоемкие

работы

по замене и восстановлению корпусных конструкций д о л ж н ы осу­

ществляться только в крайних (как правило,

аварийных)

случаях.

Следовательно можно

полагать, что

а = 1 / £ с ,

где

tc — установлен­

ный срок эксплуатации

судна либо директивный срок возмещения

капитальных з а т р а т на

постройку судна.

 

 

 

Тогда, учитывая, что уровень безотказности есть функция про­

ектных параметров конструкции, из

(П.2) и

(П.З)

получим

^ [ С к а п ( Г ) + ^ С с о д ( Г ) ] = ^ с / ^ - А ( 1 _ Г ) ^ .

( I I . 4)

75

Поскольку размер экономического ущерба при фактических по­ вреждениях корпусных конструкций сравнительно мало зависит от их проектных размеров, а уровень гарантии безотказности Г доста­ точно близок к единице, вторым членом в правой части равенства (11-4) можно пренебречь. Следовательно,

— Гс,'кап (Г) + *с С с о д (Г) = л

и

dY

(II.5)

dY

 

 

 

 

 

Отсюда можно получить оптимальный уровень гарантии без­ отказности Г и оптимальные размеры рассматриваемой конструк­ ции или нормы прочностных характеристик д л я выбора размеров, учитывающие реальные особенности, условия и сроки эксплуата­ ции конкретного судна. Д л я судов, отличающихся по назначению, размереииям и другим показателям (учитывая различные виды отказов), формула (П.5) может быть существенно преобразована .

Определение зависимостей размеров капитальных затрат' на создание конструкции, расходов па ее содержание и ущерба, вы­ званного отказом конструкции, от уровня безотказности конст­

рукции является предметом специальных

технико-экономических

исследований и более или менее сложных

экономических расчетов,

некоторые предпосылки которых изложены

в § 2. Наиболее сложно

установить достаточно обоснованные размеры экономических по­ терь в зависимости от конкретного вида отказа конструкции. В первую очередь для этого необходимы анализ и обобщение имею­

щихся статистических

данных о характере, объеме

и

стоимости

проведения ремонтных

работ на судах разных типов и размерений

с дифференциацией их

по отдельным конструкциям,

без

чего не­

возможно дальнейшее развитие экономически обоснованных норм прочности.

При отсутствии конкретных данных можно в первом

прибли­

жении принимать значение U в долях строительной стоимости кон­

струкции (такой подход, в частности, принят в работе

[113] д л я

экономического анализа норм общей продольной прочности судна) .

Это в известной мере оправдано

тем, что ежегодные

отчисле­

ния на ремонт составляют определенный процент от

стоимости

судна.

 

 

Другим в а ж н ы м вопросом при

нормировании прочности кон­

струкций корпуса является выбор зависимости гарантии безотказ­

ности от проектных

переменных

Г (У), включающей в обобщенном

виде характеристики

нагружения,

принятый вид реакции конструк­

ции на нагружение, опасный уровень этой реакции исходя из рас­ сматриваемого отказа конструкции, физико-механические характе ­ ристики м а т е р и а л а и сроковые показатели эксплуатации. Некото­ рые основные данные по этим вопросам приводятся ниже.

76

§6. Основы вероятностного подхода

коценке внешних сил

Наибольшее результирующее силовое воздействие на корпус судна бывает, ка к известно, при штормовой погоде в условиях силь­ ного волнения. Кроме статических сил тяжести и давления воды на корпус действуют в этом случае еще и гидродинамические силы, вызывающие бортовую, вертикальную и килевую качку и свя­

занные с

ней

силы

инерции.

Н а волнении

скорости

движения

носовой

оконечности

относительно

взволнованной

поверхности

при килевой

и вертикальной

качке

могут

вызвать

появление

слеминга

и випиига, особенно

при малых осадках и больших ско­

ростях хода судна. Вследствие удара волн, работы винтов и воз­

действия неуравновешенных

сил и моментов

работающих

главных

и вспомогательных механизмов может возникнуть о б щ а я

' и

ме­

стная

вибрация.

Н а п р я ж е н и я

от

вибрации

накладываются

на

н а п р я ж е н и я

от других

воздействий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н а современных судах, перевозящих сжиженные

газы

 

(при

температуре до —150° С и н и ж е ) , замороженные продукты,

горя­

чие

нефтепродукты и т.

п.,

увеличивается

перепад

 

температур

в конструкциях корпуса, а соответствующие величины

 

температур­

ных

напряжений

могут

иметь

тот

ж е

порядок, что

и

волновые,

в

некоторых

случаях

д а ж е

 

превышая

последние.

Эксперимен­

тальные данные показывают, что при температурном

 

перепаде

около

40° С

тепловые

н а п р я ж е н и я

достигают примерно

0,25—0,3,

а

при градиенте

до 90° С — 0,5—0,6

предела

текучести

материала .

Температурные напряжения

одновременно с

изменением

физико-

механических свойств м а т е р и а л а из-за температурных воздействий могут привести к хрупким трещинам (например, на промысло­ вой базе «Спасск», пароходах «Баку» и «Войков»). В корпусе

действуют

и остаточные

напряжения,

возникающие

при

постройке

и ремонте

судов.

 

 

 

 

 

 

 

Д а ж е

неполное перечисление

различных воздействий

на

корпус

судна при плавании его на волнении показывает

большую

слож­

ность

их определения в

к а ж д о м

частном

случае.

Полностью эта

з а д а ч а еще не решена, несмотря на обширные теоретические

и эк­

спериментальные исследования, проводимые в ряде стран.

 

Научный подход к ее решению был з а л о ж е н Л . Эйлером в его

труде

«Scientia

Navalis»

(1759 г.). Д а л ь н е й ш и е исследования

нача­

лись

примерно

100 лет

н а з а д в

связи

с

переходом к

постройке

стальных

судов. В конце

X I X в. на основе

работ Эйлера

были раз ­

работаны способы практического определения напряжений в кор­

пусе

судна, которое

рассматривалось

как

свободно п л а в а ю щ а я

б а л к а

на регулярном

волнении. При

этом

не учитывались гидро­

динамические силы, силы инерции и т. д., т. е. предполагалось, что

77

судно находится в

квазистатическом состоянии на волнении.

К р у п ­

нейший

в к л а д в

решение этой

задачи

внес в 1898 г.

академик

А. Н . Крылов . Он разработал метод определения

изгибающих мо­

ментов и перерезывающих сил, действующих на

корпус

на регу­

лярном

волнении,

в котором

учтены

гидродинамические

силы

и динамика качки судна. Несмотря на существенное отличие рас­ сматриваемого регулярного волнения от реального нерегулярного-

волнения, казалось,

что проблема внешних сил достаточно

полно

изучена и что

д а ж е

без учета нерегулярности расчеты

дают

у с л о в ­

ные значения

сил и

напряжений, годные на практике

для

сравни­

тельной оценки прочности и надежности плавающих и проекти­ руемых судов. В метод А. Н. Крылова с начала века в течениепочти 60 лет не вносились принципиальные изменения, и он ус­

пешно использовался в инженерной практике. Это было

возможно'

до тех пор, пока процесс увеличения

размеров

судов

происходил

постепенно и медленно, а имевшиеся

данные,

экстраполируемые

в узких пределах д л я судов только

определенных типов, д а в а л и

удовлетворительные результаты и могли проверяться при длитель­ ной эксплуатации судов.

После окончания второй мировой войны был осуществлен пе­ реход на сварное судостроение, а с 50-х годов начали резко воз­ растать размеры судов (к настоящему моменту построены суда дедвейтом около 500 000 т ) . В связи с этим проводимые теорети­ ческие и экспериментальные исследования внешних сил, действую ­ щих на корпуса судов в условиях нерегулярного волнения, стали иметь в а ж н о е практическое значение.

Сущность и основное содержание современных вероятностных методов определения внешних сил заключаются в следующем.

Действующие на любые корпусные конструкции нагрузки вовсех случаях могут быть представлены в виде суммы двух состав­ ляющих [13], [36], [96], существенно отличающихся по скорости из ­ менения во времени:

 

Q(t)

= Q*(t)

+

Q"(t),

 

 

 

(И . 6)

где Q * ( 0 — п е р е м е н н а я

составляющая,

которая

представляет

со­

бой случайный процесс с достаточно

высокой

скоро­

стью изменения;

 

 

 

 

 

 

 

 

QCT(t)—статическая

 

составляющая;

более

точно

ее

следует

назвать

квазистатической,

так как

при

длительной

эксплуатации

судна

она

т а к ж е

может

рассматри ­

ваться

как

случайный

процесс,

статистические

ха­

рактеристики

которого

практически

не

зависят

от

условий,

определяющих

переменную

составляющую,

а скорость изменения его пренебрежимо мала

по

сравнению

с этой составляющей.

 

 

 

 

 

78

Д л я различных конструкций и разных условий эксплуатации

соотношение характеристик обеих составляющих

может изменяться

в широких пределах.

 

К с т а т и ч е с к и м составляющим относятся

постоянные (масса

оборудования и механизмов, собственная масса

конструкций) или

переменные (масса грузов, запасов) нагрузки на корпусные кон­ струкции, изменение или неравномерность температурных усло­ вий эксплуатации различных элементов корпуса, поле усилий, возникающих в конструкциях при постройке или ремонте судна. Наиболее просты и широко используются в расчетах прочности

корпуса весовые нагрузки, значения и распределение

которых

по длине судна непосредственно учитываются

при выборе

разме ­

ров связей по П р а в и л а м классификационных

обществ. Однако и

в отношении весовых нагрузок в последнее время отмечается не­ обходимость введения некоторых поправок в традиционные упро­

щенные

методы расчета.

 

 

 

 

 

 

Так,

на

современных танкерах и судах для перевозки

навалоч­

ных

грузов

применяется чередующаяся загрузка

танков

или трю­

мов

(выделение части танков

только

д л я водяного

балласта — на

танкерах,

перевозка

тяжелой

руды

только

в части

трюмов — на

судах для

перевозки

навалочных грузов). В

этом

случае

при опре­

делении изгибающих моментов и перерезывающих сил на тихой воде необходимо учитывать концентрацию нагрузки в районе по­ перечных переборок [101]: часть весовой нагрузки или сил поддер­ ж а н и я , воспринимаемая переборкой, передается на борта и про­

дольные

переборки

в

виде сосредоточенных

сил,

что

приводит

к заметной ошибке

при прямом

интегрировании

разницы между

весовой

нагрузкой

и

силами поддержания .

Д а ж е

для

обычных

транспортных судов

характерна

некоторая изменчивость

нагрузок

на тихой воде в зависимости от -конкретных условий загружения

судна

в к а ж д о м рейсе,

а т а к ж е

в течение

одного

рейса

(за счет

расходования топлива,

воды

и

с н а б ж е н и я ) .

Д л я

судов

специ­

ального назначения, например промысловых, характерно

сущест­

венное изменение нагрузки на тихой воде в течение рейса

(расхо­

дование топлива и запасов, прием

у л о в а ) .

 

 

 

 

 

К

квазистатическим

составляющим относятся

и температур­

ные

эксплуатационные

нагрузки.

Теория

температурных

нагру­

зок

развита Ю. А. Шиманским

[99] и другими.

Н а

I М е ж д у н а р о д ­

ном конгрессе по конструкции и прочности судов [65] приведен достаточно полный обзор данных по усилиям и повреждениям, возникающим из-за существенных температурных градиентов. Ис­ пользование расчетов температурных усилий не нашло еще долж ­

ного распространения

в

проектной

практике

ввиду

сложности

вопроса и

отсутствия

достоверных

данных

по распределению

температур

в корпусных

конструкциях в зависимости

от измене-

79

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ